初论深源地震机制

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自上世纪二十年代深源地震被发现以来,由于地球深部为极高温高压环境,其机制一直困扰着地球物理学家。虽然前人已提出了一些深源地震机制假说,但其均存在一些缺陷且与诸多观测事实不符,迄今为止仍存争议。  前人研究已认识到,深源地震的发生主要取决于俯冲带温度机制,而影响温度的主要因素包括:俯冲板块热结构、地幔自由水作用、火山活动、地幔对流等。通过深入分析这些影响因素,笔者认识到:(1)强烈火山活动与深源地震均基本沿着汇聚型板块边界呈全球性带状分布,且深源地震区域普遍伴随有强烈火山活动,两者之间会形成循环机制,不断释放地球内部热量、压力和自由水;(2)深源地震均发生在大洋俯冲板块中,板块中高压含水矿物和名义上无水矿物在一定的温度压力条件下,均能发生脱水作用而形成自由水,这不仅是一种吸热反应,且其所形成的自由水还具有降低温度和隔热作用。同时,脱水过程形成的自由水会产生局部超压,进而大大降低破裂面上的有效应力,有利于岩石发生脆性破裂;(3)由于俯冲板块厚度较大、导热性很差,使得大洋俯冲板块内部处于相对“低温”状态。诸多学者认为,深源地震发生在俯冲板块中心区域,且该区域的温度可能不会超过600℃。类比室内高温高压实验结果,作者推测深部岩石仍具有发生脆性破裂的条件;(4)地球物理学家发现,深源地震与浅源大地震诸多特征均存在着相似性,如辐射图型、震级分布范围、震源-时间函数、破裂速度、应力降和双力偶特征等,这预示着两者破裂机制类似。  基于上述认识,可推测深源地震机制可能与浅源大地震类似,均为锁固段脆性破裂。瓦尔迪维亚地震区、雅加达地震区、北马里亚那群岛地震区、珲春地震区、惠灵顿地震区、所罗门群岛地震区、北海道地震区和台湾岛-菲律宾群岛地震区均为典型的深源地震分布较为集中的地震区,鉴于区内标志性地震事件孕育规律均遵循孕震断层多锁固段脆性破裂理论,故可认为深源地震机制与浅源地震机制类似,仍为锁固段脆性破裂。如此,则可合理解释一些学界关注的热点和难点问题,比如“为何深源地震应力降远小于室内岩石破裂应力降?”、“重复性深源地震”、“深源地震最大震源深度”和“深源大地震的能量载体”等。
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